2006年，诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）首次登上历史舞台。这一有着类似于胚胎干细胞（ESCs）功能的特殊细胞为再生医学带来了新视角和福音。科学家对其最初的设想是重编程成体细胞，并诱导其分化成干细胞、神经元或者其他任何细胞，最终用于疾病的治疗、组织的修复。这种个性化的医疗能够降低免疫排斥的风险，同时还绕开了使用胚胎干细胞引发的伦理道德问题。
诱导多能干细胞正以其他方式改变着生命医学：作为一种重要工具构建疾病模型，为科学家研究疾病致病机理、药物筛选提供便利；随着基因编辑技术的更新，细胞重编程的方法也在改变iPS细胞已然发展成实验室的“主力军”，为生命研究、疾病治疗提供者莫大的支持和支撑。
我们陆续看到，在日本，全球首例iPS细胞培养角膜移植成功，日本科学家在全球首次利用ips细胞治疗帕金森病患者，大阪大学进行了全球首个基于iPS细胞的心肌细胞移植临床试验，日本批准世界首个iPS细胞治脊髓损伤临床试验。2018年10月开展的一项外科手术中，来自日本京都大学的神经外科医生将240万个细胞移植到一名帕金森病患者的大脑中。来自一名匿名供者的外周血细胞经重编程后产生诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cell, iPSC），随后将iPSC转化为多巴胺能前体细胞（dopaminergic precursor cell）。研究人员希望移植的多巴胺能前体细胞将会提高多巴胺水平并改善这名患者的症状。利用人诱导多能干细胞开展的临床试验越来越多。
在一项新的研究中，来自日本京都大学的研究人员报告了对ips细胞进行基因编辑如何导致一种不依赖患者细胞的通用癌症免疫疗法。相关研究结果发表在2021年5月的Nature Biomedical Engineering期刊上，论文标题为“Generation of hypoimmunogenic T cells from genetically engineered allogeneic human induced pluripotent stem cells”。
采用细胞疗法有很多兴奋之处。然而，这种加工过程需要时间，在此期间患者的病情会恶化。此外，根据患者的病情，有时不能使用细胞疗法。这些作者关注的细胞是具有最强抗癌反应的T细胞。来自第三方捐赠者的T细胞是一种选择，但它们也带来了风险。用于癌症免疫疗法的理想T细胞产品不仅需要对癌症有效，而且还需要避免宿主的免疫系统和移植物抗宿主疾病。
移植物抗宿主疾病和宿主抗移植物反应是器官移植和细胞疗法需要患者与捐赠者匹配的原因。尽管移植到患者身上的移植物有良好的意图，但如果没有进行匹配，那么捐赠者的免疫细胞或患者的免疫系统就会引发激烈的免疫反应，这可能比疾病本身更加危险。
免疫细胞通过它们的受体对外来细胞所表达的蛋白质作出反应。这些蛋白质中最重要的是人类白细胞抗原（HLA）。有三种类型的免疫细胞需要被抑制，以使移植物能够存活。CD8 T细胞引起最强烈和最危险的反应，但CD4 T细胞和NK细胞也必须考虑。不同的免疫细胞类型使匹配变得复杂，这就是为什么患者自己的细胞被用于过继性细胞免疫疗法，即使它们已经受到患者病情的影响。
有几个研究团队已经探索了基因编辑，以消除移植的T细胞中的HLA和其他免疫激活蛋白。然而，这种解决方案可能会伤害T细胞。健康的T细胞在接触到癌细胞时就会发生扩展。然而，多轮的基因编辑削弱了这种扩展能力。这也导致T细胞发生功能衰竭。T细胞衰竭是癌症中的一个常见问题，表明T细胞可以靶向癌症，但不能杀死它。
iPS细胞可以为这些问题提供一个解决方案。ips细胞具有无限的扩展潜力，可以分化成任何细胞类型，包括用于过继性细胞免疫疗法的T细胞。重要的是，它们的扩展和分化潜力都不会受到多轮基因编辑的影响。
因此，这些作者探索了哪些基因可以编辑，为CD8 T细胞选择了B2M基因，为CD4 T细胞选择了CITTA基因，为NK细胞选择了一种特定类型的HLA（HLA-E）。所有这些基因以前都被认为调节各自免疫细胞的激活。此外，他们敲除了PVR基因，这进一步降低了NK细胞的活性。他们随后将基因编辑过的iPS细胞分化为T细胞（iPS-T细胞），发现ips-T细胞具有良好的抗癌效果，而不刺激免疫细胞。
嵌合抗原受体（CAR）T细胞（CAR-T）疗法是最有效的癌症免疫疗法。CAR是一种合成受体，大大增强了T细胞寻找和杀死癌细胞的能力。目前临床上的CAR-T细胞疗法使用的是患者自己的T细胞，具有上述提及的缺点。这些作者在将CAR技术整合到他们的iPS-T细胞中，并证实基因编辑并没有损害CAR的有效性。
随后，他们将CAR添加到iPS-T细胞中，并将这些细胞注射到患有白血病的小鼠体内。相比于没有经过基因编辑的CAR iPS-T细胞，经过基因编辑后躲避免疫系统的的CAR iPS-T细胞显示出更强的抗癌效果。
他们的实验显示人源化小鼠的CD4和CD8 T细胞受到野生型CAR iPS-T细胞的刺激，但是如果先给野生型CAR iPS-T细胞进行基因编辑，它们就不会刺激人源化小鼠的CD4和CD8 T细胞。
经过基因编辑的iPS细胞显示了作为T细胞的通用来源的巨大前景，可能能够用于治疗任何癌症患者。这些作者的目标是开发一种通用的免疫疗法产品。将iPS细胞与CAR技术相结合，将使科学家们能够在未来制备出现成的免疫疗法。
三、人诱导多能干细胞分化产物移植治疗重大疾病的基础与临床
hPSC具有能在体外培养环境中长期分裂增殖以及在特定诱导条件下定向分化为三胚层来源的所有细胞类型的能力，在再生医学的未来发展中被寄予厚望，很多科学家开展了应用hPSC分化产物作为功能性细胞来源，修复受损组织功能及治疗退行性疾病的研究。
在动物模型中，hPSC分化产物移植取得了显著成就。将hPSC分化为内侧神经节隆起（medial ganglionic eminence, MGE） 前体， 移植后能明显改善癫痫发作和阿尔茲海默病小鼠的学习与记忆能力；分化的外侧神经节隆起（lateral ganglionic eminence，LGE）前体移植后能明显改善亨廷顿病小鼠模型的运动行为异常；分化的中脑多巴胺能神经元前体移植到纹状体后能显著改善帕金森病小鼠或猴模型的运动异常；分化的胰腺β细胞前体移植后，缓解了动物糖尿病症状等。
除基础研究外，有关hPSC分化产物移植的临床研究正在全球范围内如火如荼开展。目前，美国、英国、韩国、以色列、日本等国家正在进行hPSC分化获得的色素上皮细胞移植治疗黄斑变性的临床研究；美国进行了hPSC分化获得的少突胶质细胞治疗脊髓损伤的临床研究；法国正在进行hPSC分化获得的中脑多巴胺能神经元前体移植治疗帕金森病的临床研究。我国同样也在积极推进hPSC分化产物移植的临床研究。
当前，我国科学家正在开展hPSC分化获得的中脑多巴胺能神经元前体移植治疗帕金森病的临床研究，并在hPSC分化获得的间充质干细胞治疗重症新冠肺炎中取得较好成效。
四、普适性人诱导多能干细胞分化产品的制备是推动其临床应用的关键
神经分化与再生领域专家、美国威斯康星大学麦迪逊分校的著名华人科学家张素春教授最近在Nature Medicine 发表论文，将猴iPSC分化获得的中脑多巴胺能神经元前体进行自体移植或同种异体移植，发现自体移植组在无免疫抑制剂处理的情况下，帕金森病症状显著改善，而同种异体移植组未取得理想疗效。这一方面证实了细胞移植在治疗神经退行性疾病中的技术优势，另一方面也再次表明了免疫排斥仍然是需要考虑的瓶颈问题。
2020年5月，NEJM 报道了哈佛大学研究团队进行首例自体hiPSC来源的中脑多巴胺能神经元前体纹状体移植治疗帕金森病的案例。将病人成体细胞重编程为自体hiPSC，通过病人外周血单个核细胞重构人源化小鼠，验证了自体hiPSC的低免疫原性，质控后将自体hiPSC 分化为中脑多巴胺能神经元前体并进行双侧纹状体移植，病人帕金森病症状在移植后18～24个月明显改善。此个例无疑给hPSC的细胞移植治疗注入了一支强心剂，但个性化治疗费用高昂，因此制备普适性且低免疫原性的人多能干细胞分化产品是推动hPSC临床应用的关键。
受体免疫系统对供体hPSC及其分化产物的免疫排斥是限制其在再生医学中应用的最大瓶颈。为了克服这一障碍，许多科研人员将目光锁定在人类白细胞抗原（HLA）基因。HLA是诱发同种异体移植排斥的主要抗原，可以分为Ⅰ类HLA和Ⅱ类HLA分子。HLA Ⅰ类分子在有核细胞中表达，并通过将抗原肽呈递给CD8+T细胞而在细胞免疫中发挥重要作用。非多态性基因B2M编码的轻链β2-微球蛋白（β2m）和多态性重链（包括HLA-A、HLA-B、HLA-C、HLA-E、HLA-G、HLA-F）共同组成HLA Ⅰ蛋白质复合体。基于基因编辑，B2M敲除的hPSC细胞膜表面缺少HLA Ⅰ类分子，对同种异体外周血单个核细胞的免疫激活不敏感。
然而，细胞膜表面缺乏HLA Ⅰ分子的表达会通过“missing-self”途径引发NK细胞的免疫攻击。过表达针对T细胞激活第二信号通路的细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4- 免疫球蛋白（CTLA4-Ig）和程序性死亡配体1（PD-L1）有效地抑制了同种异体免疫反应。还有报道发现， 过表达CD47（一种在滋养层细胞中具有高表达水平的膜蛋白）可以防止细胞被巨噬细胞吞噬，并逃避同种异体受体的免疫排斥。
同济大学章小清实验室和其他实验室还发现，通过同源重组，建立B2M双等位基因原位重组过表达β2m-HLA-E或β2m-HLA-G1融合蛋白的hPSC供体细胞系，这些hPSC细胞在与同种异体外周血单个核细胞、NK细胞共同培养的过程中表现出了低免疫原性，人源化小鼠移植实验同样证实这些细胞能够规避T细胞和NK细胞引起的获得性免疫反应和固有免疫反应。此外，过表达分泌型β2m-HLA-G5蛋白可以在构筑低免疫原性屏障的同时，形成移植物低免疫原性微环境。由此可见，基因编辑技术在hPSC中的应用，对细胞表面的识别分子进行改造，形成对T 细胞、NK 细胞、巨噬细胞的免疫耐受，从而制备普适性低免疫原性hPSC分化产品的契机已经出现，这必将加快hPSC的临床转化应用。
2021年2月2日，日本《读卖新闻》报道称，京都大学成立的新兴企业Thyas于2月1日宣布，将在2022年下半年开始一种癌症免疫疗法的临床试验，即应用iPS细胞（人工多功能干细胞）技术，复制增加癌症患者的免疫细胞，再回输到患者体内的治疗方法。
用于试验的免疫细胞是Killer-T细胞，在京都大学附属医院，以血液癌以外的小样本癌症患者为对象进行。Killer-T细胞可以鉴别特定的癌细胞或病原体并攻击。但是人体处于癌症状态，Killer-T细胞的攻击能力会逐渐减弱。
试验方法是，首先从癌症患者的血液中分离出Killer-T细胞，制作iPS细胞。分化增殖iPS细胞数量后诱导成Killer-T细胞，再回输到患者体内。
目前，千叶大学和理化学研究所的研究团队也已经用其他的免疫细胞，开始了以头颈部癌症为对象的临床试验。
2020年7月，《日本经济新闻》报道称，千叶大学医院和理化学研究所开始启动，用iPS细胞制作的免疫细胞治疗癌症患者的临床试验。由4-18例，鼻、口、耳等头颈部的癌症患者为对象，调查其安全性和有效性。这一临床试验是日本国内首例，目标在2020年代普及该疗法。
千叶大学采用的是NKT细胞，也是免疫细胞的一种，具有各种攻击癌细胞的功能。治疗方法是，利用从健康人的血液中分离的NKT细胞制作iPS细胞，再大量复制成NKT细胞后，投入患者体内。
千叶大学医院曾经试验，把患者自身的NKT细胞在体外大量复制后再回输体内，观察到部分患者显示出显著的治疗效果。但是，由于NKT细胞在血液中的数量少，而且复制数量受限，有些病例得不到有效的治疗结果。
如果使用iPS细胞技术，可以供应大量而且稳定的NKT细胞。一旦对头颈部癌症的临床试验获得成功，适应范围可以扩展到肺癌等其他癌症。千叶大学教授本桥新一郎指出，NKT细胞攻击癌细胞的能力虽然很高，但也可能有强烈的副作用，我们将高度关注安全性，慎重推进临床试验。
这种肿瘤免疫疗法，如果应用iPS细胞技术可以提供大量的品质稳定的免疫细胞制剂。不仅能治疗多数癌症患者，也可以降低治疗费用。还可以通过重组免疫细胞的基因技术，提高治疗效果，减少副作用。
通常而言，免疫细胞疗法对血液癌的疗效比较高，反而对肺癌、食道癌等固体癌症疗效差。主要是因为免疫细胞很难准确捕捉到肿瘤标记，而且固体癌细胞容易逃脱免疫细胞的攻击等原因。
用iPS细胞制作的免疫细胞，其复制能力强，可以大量分泌多种免疫功能性物质，因此可能对固体癌症有更高的治疗效果，比患者自身的免疫细胞攻击力更强。这或许可以作为固体癌症治疗的突破口。
五、展望
自从1998年建立了首例hPSC，hPSC用于临床细胞移植治疗重大疾病就已提上日程。20多年的基础和转化研究的进步，政策和机制体制上的改革，尤其是hPSC技术和基因编辑技术日渐成熟并有机结合，细胞替代治疗已经离我们越来越近，一些难治性重大疾病的治疗将迎来新的希望。
参考资料：《医学参考报》
日本RIKEN连发两篇Cell子刊，证实异体iPSC移植可避免免疫排斥！Regulators OK Clinical Trials Using Donor Stem CellsInduced pluripotent stem cells don't increase genetic mutations
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